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Mehrschlchtiges Bauteil für Lichtbogenläschkammern
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein inehrechichtiges Bauteil
für Lichtbogenlöschkammern, insbesondere Sammerwand, mit wenigstens einer Schicht
aus isolierendem Material.
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Ein Bauteil der/genannten Art ist beispielsweise bekannt aus der DT-PS
972 570. Hierbei besteht die isolierende, als Oberflächenschutz wirkende Schicht
aus einer Glimmer-Bindemittel-Schicht und das Bindemittel ist auf Siliziumbasis
aufgebaut.
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Weiterhin ist es aus der DT-PS 10 10 607 bekannt, auf einer Eisenplatte
eine Lackschicht mit hoher elektrischer Durchschlagfestigkeit, z.B. einen Silikonlack,
aufzubringen, der mit einer Schicht aus anorganischem Isoliermaterial wie Schamotte,
Kitte, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder Zirkonoxid bedeckt ist. Gegebenenfalls
kann letztere noch glasiert sein.
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Desweiteren ist es aus der DT-PS 10 28 199 bekannt, eine Löschkammerwand
aus einem Eisenkern mit einer Emailschicht oder eloxierten Aluminiumschicht zu versehen.
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M ," Schließlich ist es aus der DT-AS 10 15 893 und der DT-AS 11
27 984 bekannt, Lichtbogenlöschkammern oder Teile derselben aus Magnetkeramik herzustellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es vor allem, ein mehrschichtiges
Bauteil für Lichtbogenlöschkammern anzugeben, das besonders gute lichtbogenlöschende
Eigenschaften aufweist und sehr hohe thermische Belastungen aushält, ohne eine erhebliche
Funktionstüchtigkeit einzubüßen. Insbesondere soll dabei auch die Bildung leitender
Beläge auf den Bauteiloberflächen weitgehend unterbunden werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß wenigstens
zwei-Schichten vorgesehen sind, wovon die eine aus einem ersten, die zweite aus
einem zweiten der folgenden drei Stoffsysteme besteht a) Stoffsystem hoher dielektrischer
Polarisierbarkeit, b) Stoffsystem mit magnetischen Eigenschaften auf magnetokeramischer
Basis, c) Stoffsystem aus oder mit wenigstens einer Verbindung, die unter dem Einfluß
des Lichtbogens den Löschprozess stark fördernde Elemente und/oder Verbindungen
abspaltet und daß die Schichten fest miteinander verbunden sind.
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Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei diejenigen Stoffsysteme
und Verbindungen erwiesen, wie sie im deutschen Patent ............... (Patentanmeldung
P 27 56 715.3) angegeben sind. Die vorliegende Erfindung umfaßt daher insbesondere
die Mehrschichtanordnung
solcher in der älteren Anmeldung angegebenen
Stoffsysteme.
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Durch die erfindungsgemäße schichtweise Anordnung der einzelnen Systeme
können die vorteilhaften physikalischen Eigenschaften der Einzelsysteme noch besser
zur Wirkung kommen, sodaß der Lichtbogenlöscheffekt weiter verbessert wird. Außerdem
kann ein Stoffsystem als Träger des oder der anderen verwendet werden, sodaß letztere(s)
in sehr dünnen Schichten, die für den geforderten Zweck ausreichen, aufgebracht
werden und trotzdem ihre volle Wirksamkeit entfalten können. Die mit dem Erfindungsgegenstand
ausgerüsteten Schaltgeräte können daher bei gleicher Leistung verkleinert oder bei
gleicher Abmessung für eine größere Leistung verwendet werden.
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Durch die gleichzeitige Anwendung wenigstens zwei der erfindungsgemäß
angewandten Stoffsysteme als miteinander fest verbundene, in sich praktisch homogene
Schichten, wird eine schnelle Lichtbogenlöschung je nach Wahl der Stoffsysteme auf
folgende Weise erreicht: Bei Wahl des Stoffsystems mit hoher dielektrischer Polarisierbarkeit
wird infolge des auftretenden Lichtbogens ein von diesem abhängiges elektrisches
Feld dadurch erzeugt, daß die Oberfläche des Bauteils polarisiert wird. Dadurch
wird auf die beim Auftreten eines Lichtbogens erzeugten Ionen je nach Ladung eine
Beschleunigung in Richtung einer Vergrößerung des Lichtbogens also ähnlich einer
mechanischen Beblasung ausgeübt, oder sie werden an der dielektrisch polarisierten
Oberfläche absorbiert, sodaß die Leitfähigkeit des Lichtbogens erniedrigt wird.
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Bei Anwendung eines iagnetiaierbaren Btoffsysteme wird eine an teh
bekannte magnetische Sebläsung mit Vergrbßerung der Oberfläche und damit starker
Abkühlung desselben erteugt und bei Verwendung eines Stoffsystems, das bei Auftreten
eines Lichtbogens durch thermische Dissoziation ionisierte Atome oder Verbindungen
freigibt, werden die durch den Lichtbogen erzeugten Ioneh, z.B. Gasmoleküle etc.,
entionisiert und damit die elektrische Leitfähigkeit des Lichtbogens start reduziert.
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Die Zersetzungs-Intensität und demgemäß die den Löschprozess fördernde
Wirkung ist unmittelbar vom Energiegehalt des Lichtbogens abhängig und wird von
diesem praktisch reguliert, da bei hoher Intensität eine höhere dielektrische Polarisation
und magnetische Induktion auftritt und eine größere Menge von den Löschprozess fördernden
Elementen oder Verbindungen z.B. des Stoffsystems (c) freigesetzt werden. Diese
Selbstregulierung ist ein wesentlicher durch die Erfindung erzielbarer Vorteil.
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Die beste Wirkung ist daher dann erreichbar, wenn alle drei Stoffsysteme
schichtartig aufgebaut sind, wobei die Stoffsysteme (a) und (c) am vorteilhaftesten
auf der nach innen gerichteten Seite des Bauteils oder der Löschbogenkammerwand
in nicht selbsttragenden Stärken vorgesehen ist und als Träger das Stoffsystem (b)
dient, das zweckmäßig noch eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen
sollte.
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Als Stoffsystem mit hoher di elektrischer Polartsierbarkeit können
bei niedrigeren Temperaturen organische Dielektrika insbesondere Kunststoffe wie
z.B. Polypropylen, Polyäthylen und bei hohen Temperaturen anorganische Dielektrika
wie z.BX Titandioxid, Magnesiumdioxid, Kalziumdioxid, Siliziumdioxid, wie überhaupt
die Oxide der Erd-, Erdalkali-, Alkali- und seltenen Erdmetalle, sowie deren Titanate
und/oder Zirkonate und/oder Stannate und/oder Niobate etc.
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Anwendung finden, die ein E> 6 aufweisen. Bei mittleren bis niedrigeren
Temperaturen können auch Mischungen von anorganischen Dielektrikas verwendet werden,
die dann ohne einen Hitze- oder Sinterprozess durch einen einfachen Pressvorgang
hergestellt werden können.
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Auch bei Mischdielektrikas ist darauf zu achten, daß der Wert für
die Dielektrizitätskonstante größer als sechs bleibt, damit eine ausreichende Polarisation
der Oberfläche des im Lichtbogenbereich vorgesehenen Bauteils eintritt.
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Das Stoffsystem mit magnetischen Eigenschaften kann aus einem Bariumferrit,
insbesondere aus Bariumhexaferrit oder einem Mangan-Zink-Ferrit oder einem Nickel-Zink-Ferrit
bestehen. Allgemein besteht es oder enthält es wenigstens eines der Metalle von
Eisen, Kobalt, Nickel oder Gandolinium, gegebenenfalls mit Zusätzen von wenigstens
einem der Metalle oder Metalloxide von Mangan, Kupfer, Kadmium, Magnesium und Lithium.
Vorteilhaft kann es auch, gegebenenfalls zusätzlich, ein Eisenoxid und wenigstens
eines der Oxide von
Barium, Kalzium, Strontium, also der Erdalkalimetalle,
Lanthan, Samarium, Cer, Praseodym, Neodym, also der seltenen Erdmetalle und Blei
oder Zink enthalten und/oder eine Mischung oder Verbindung von Kobalt und/oder Nickel
mit wenigstens einem seltenen Erdmetall.
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Letztere werden auch als Supramagnetwerkstoffe bezeichnet. Vorzugsweise
sind solche Stoffsysteme mit magnetischen Eigenschaften zu bevorzugen, die eine
geringe magnetische Remanenz und gleichzeitig hohe Polarisierbarkeit bei geringer
Feldstärke aufweisen.
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Als Stoffsystem mit Verbindungen oder Elementen, die den Lichtbogen-Löschvorgang
durch Abspalten von deionisierenden Elementen und/oder Verbindungen bei erhöhter
Temperatur günstig beeinflussen, kommen Verbindungen in Frage, die Silizium, Lithium
und vor allem Fluor enthalten. Besonders geeignet sind die Alkalifluoride, insbesondere
Kalziumfluorid, die Erdalkalifluoride, Erdmetallfluoride und die Fluoride der seltenen
Erden. Unter Umständen können jedoch auch, gegebenenfalls zusätzlich, organische
fluorhaltige Substanzen angewandt werden, z.B. Polytetrafluoräthylen. Zweckmäßig
kann auch eine fluorhaltige Substanz als Ferrit hergestellt sein. Dieser kann z.B.
aus Bariumoxid, Eisenoxid und Kalziumfluorid bestehen.
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Ein besonders geeignetes Material hoher dielektrischer Polorisierbarkeit
auf keramischer Basis besteht aus einer mineralischen Kristallphase aus wenigstens
einem Oxid, das eine Kristallphase zu bilden vermag, z.B. Titandioxid, Zirkondioxid,
Magnesiumdioxid, Aluminiumdioxid, Kalziumfluorid und einer amorphen Phase aus wenigstens
zwei
Oxiden, die eine amorphe Phase zu bilden vermögen, z.B. Siliziumdioxid mit einem
oder mehreren Oxiden von Aluminium, Bor, Magnesium, Lithium und Blei, wobei wenigstens
eines der Oxide oder Verbindungen eine Dielektrizitätskonstante > 9 aufweist
und der Anteil desselben oder derselben an der Gesamtmasse derart bemessen ist,
daß das Material eine Dielektrizitätskonstante e > 6 aufweist.
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Durch die erfindungsgemäße Anwendung einer Kristallphase und einer
amorphen Phase wird eine niedrige Brenntemperatur mit breitem Brennintervall erhalten
und außerdem die Möglichkeit geschaffen, die Kristallphase aus Oxiden oder Oxidverbindungen
herzustellen, die für sich allein eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen,
aber zum Sintern eine hohe Brenntemperatur benötigen, wie z.B. die Titanate, Niobate,
Zirkonate.
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Ein besonders zweckmäßiges Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht
darin, daß als Träger eine möglichst gut wärmeleitfähige und relativ gut elektrisch
leitfähige Hagnetkeramik, z.B. dichtgesinterte Bariumferrite, Mangan-Zink-Ferrite
etc. hergestellt und dieser auf der der Löschkammer zugewandten Seite mit einer
Schicht mit einer Schichtdicke von z.B. 0,2 bis 2 mm aus einem Material mit einer
Dielektrizitätskonstante 1 6 in einer herkömmlichen Technologie, z.B.
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durch Aufpressen,Glasieren, Siebdruck, gegebenenfalls unter Verwendung
eines geeigneten Binde- und/oder Klebemittels versehen wird.
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Hierauf kann eine dünne Schicht aus einem z.B. ein Fluorid enthaltendes
oder dieses oder Fluor abspaltendes Material in einer Schicht dicke von 0,1 bis
1 mm nach einer herkömmlichen Technologie aufgebracht werden.
Eine
andere vorteilhafte Herstellungsweise besteht darin, daß die Stoffsysteme nacheinander
schichtweise in eine Presse gebracht und gemeinsam verpresst werden. Bei Anwendung
ausschließlich keramischer und/oder glasiger Bestandteile für die einzelnen Stoffsysteme
und Schichten erfolgt zweckmäßig nach dem Pressen ein Brennen, gegebenenfalls bis
zur Sinterung und eventuell zur Dichtsinterung. Hierfür hat sich folgende Zusammensetzung
der einzelnen Schichten als vorteilhaft erwiesen: Beispiel 1: Schicht I: TiO2 +
0 bis 20 Gew.% Fritte; dI = 0,2 bis 2 mm Schicht II: BaO . 6 Fe203 + 0 bis 5 Gew.%,
vorzugsweise 3 Gew.% Fritte; d11 = 1 bis 5 mm Beispiel 2: Schicht I: ZrSiO4 + O
bis 20 Gew.%; dI = 0,2 bis 3 mm Schicht II: BaO . 6 Fe203 und/oder Mangan-Zink-Ferrit
+ O bis 5 Gew.%, insbesondere 3 Gew.% Fritte; d11 = 1 bis 5 mm Beispiel 3: Schicht
I: Glasurschicht, insbesondere Borsilikat-Glasur oder auf dieser Basis aufgebaute
Glasur; dI = 0,l bis 1 mm Schicht II: BaO . 6 Fe2O3 + 0 bis 8 Gew.%, insbesondere
3 bis 5 Gew.<o Fritte; dII 1 bis 5 mm
Beispiel 4: Schicht I:
CaF2 + 0 bis 8 Gew.%, vorzugsweise 3 bis 5 Ge.
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Fritte; dI = 0,1 bis 1 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,6 mm Schicht II:
TiO2 + 0 bis 25 Gew.%, vorzugsweise 8 bis 12 Gew.
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Fritte; d11 = 0,2 bis 3 mm Schicht III: BaO . 6 Fe203 + 0 bis 5 Gew.%,
vorzugsweise 3 Ges.% Fritte; dIII = 0,5 bis 6 mm Beispiel 5: Schicht I: BaO . 6
Fe203 + 0 bis 8, vorzugsweise 3 bis 5 Gew.% Fritte; dI = 0,5 bis 4 mm Schicht II:
ZrSiO4 + 0 bis 25 Gew.% Fritte-Die Schichtlist hierbei immer die dem Lichtbogen
näehste Schicht, bei einer Lichtbogenkammerwand also die an den Innenraum angrenzende
Schicht und bei z.B. einsteckbarem Löschplatten die oberste Schicht.
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Die Schicht II ist die mit der Schicht I unmittelbar verbundene und
die Schicht III die mit der Schicht II unmittelbar verbundene Schicht.
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Normalerweise ist die Schicht II und/oder III als Träger der Schicht
I bzw. der anderen Schichten ausgebildet.
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Für die Fritte dienen vorzugsweise Glasfritten auf der Basis von z.B.
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Blei-j Bor - Silikat oder Aluminiumsilikat. Allgemein kann sie aus
einer amorphen Phase aus Siliziumdioxid mit wenigstens einem weiteren Oxid der Metalle
Al, B, Mg, Li, Pb bestehen.
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Alle erforderlichen Bestandteile, Verbindungen, Korngrößen und Verfahrensschritte
zur Herstellung der einzelnen Stoffsysteme sind den Unterlagen des älteren Patents
P ...................
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(Patentanmeldung P 27 56 715.3) zu entnehmen.
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Mit dI, dII, dIII sind die jeweiligen Schichtdicken gekenn zeichnet.
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